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Die vorliegende Anmeldung betrifft Schaltspannungsregler und insbesondere digitale Schnittstellen für Schaltspannungsregler.
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Schaltspannungsregler sind in modernen elektronischen Systemen für eine Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet, wie EDV (Server und mobil) und POLs (Lastpunktsysteme) für die Telekommunikation aufgrund ihrer hohen Effizienz und dem kleinen Betrag an Fläche/Volumen die bzw. das von solchen Wandlern verbraucht wird. Weithin anerkannte Schaltspannungsreglertopologien weisen Buck-, Boost-, Buck-Boost-, Vorwärts-, Sperr-, Halbbrücken-, Vollbrücken- und SEPIC-Topologien auf. Mehrphasige Buck-Wandler sind insbesondere gut geeignet, um hohen Strom bei niedrigen Spannungen bereitzustellen, der bei integrierten Hochleistungsschaltungen wie Mikroprozessoren, Grafikprozessoren und Netzwerkprozessoren erforderlich ist. Buck-Wandler werden mit aktiven Bauelementen wie einem Pulsbreitenmodulation-(PWM)-Steuerungs-IC (integrierte Schaltung), Treiberschaltungen, einer oder mehreren Phasen einschließlich Leistungs-MOSFETs (MOSFETs) und passiven Bauelementen wie Induktoren, Wandlern oder gekoppelten Induktoren, Kondensatoren und Widerständen implementiert. Mehrere Phasen (Leistungsstufen) können mit der Last durch entsprechende Induktoren parallelgeschaltet werden, um hohen Ausgangsstromanforderungen zu entsprechen.
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Anforderungen an Leistungsversorgungen für elektronische Systeme sind komplex mit vielen unterschiedlichen Leistungsversorgungsschienen, die für unterschiedliche Spannungs-, Strom- und Startanforderungen bei typischen Multikomponentenplatinen erzeugt werden. Lastpunkt-(PoL)-Schaltspannungsregler verteilen den Strom effizient, was eine Spannungsversorgungserzeugung in der Nähe der Last ermöglicht. Digitale Spannungsregler werden in zunehmendem Maße als POL-Schaltspannungsregler populär, was Flexibilität bietet, um einen vielfältigen Satz von Ausgangsanforderungen mit guter Leistung und einem reichhaltigen Satz von Merkmalen zu implementieren. Digitale Schaltspannungsregler werden häufig über eine digitale Hostschnittstelle gesteuert. Das Protokoll für die digitale Hostschnittstelle unterliegt beispielsweise durch Ändern der Funktionalität, Erweitern des Befehlssatzes oder Ändern der Protokollrevision der Änderung. Konventionelle digitale Schaltspannungsregler verwenden typischerweise eine hart codierte RTL-(Registertransferebene)-Implementierung der digitalen Hostschnittstelle. Mit solchen hart codierten Designs ist eine vollständige Maskenneukonstruktion erforderlich, um sie an Spezifikationsänderungen anzupassen. Dies erhöht wiederum die Gesamtsystemkosten und die erforderliche Zeit, um das neue Design herzustellen (physisch herzustellen).
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Gemäß einer Ausführungsform einer konfigurierbaren digitalen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit niedriger Latenzzeit umfasst die konfigurierbare digitale Schnittstelle eine erste festverdrahtete Einheit, eine zweite festverdrahtete Einheit und einen programmierbaren Mikrocontroller, der zwischen die ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten gekoppelt (engl: interfaced) ist. Die erste festverdrahtete Einheit ist dazu ausgebildet (engl.: operable), eingehende Datenübertragungsblöcke, die über die konfigurierbare digitale Schnittstelle empfangen werden, in Befehle und Daten zu deserialisieren (engl.: to deserialize), die mit dem Betrieb eines Schaltspannungsreglers verbunden sind, und ausgehende Daten in neue Datenübertragungsblöcke zur Übertragung über die konfigurierbare digitale Schnittstelle zu serialisieren (engl.: to serialize). Die zweite festverdrahtete Einheit ist dazu ausgebildet, die Befehle zu verarbeiten, die in den eingehenden Datenübertragungsblöcken enthalten sind, welche durch die erste festverdrahtete Einheit deserialisiert werden, und die ausgehenden Daten bereitzustellen, die durch die erste festverdrahtete Einheit in neue Datenübertragungsblöcke zu serialisieren sind. Der programmierbare Mikrocontroller ist dazu ausgebildet, ein oder mehrere von den Befehlen und Daten zu ändern, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten fließen.
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Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Modifizieren des Betriebs einer konfigurierbaren digitalen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit niedriger Latenzzeit umfasst das Verfahren: das Deserialisieren eingehender Datenübertragungsblöcke, die über die konfigurierbare digitale Schnittstelle von einer ersten festverdrahteten Einheit empfangen werden, in Befehle und Daten, die mit dem Betrieb eines Schaltspannungsreglers verbunden sind; das Verarbeiten der Befehle, die in den eingehenden deserialisierten Datenübertragungsblöcken enthalten sind, durch eine zweite festverdrahtete Einheit; und das Ändern von einem oder mehreren von den Befehlen und Daten, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten fließen, durch einen programmierbaren Mikrocontroller, der zwischen die ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten gekoppelt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform eines Schaltspannungsreglers umfasst der Spannungsregler eine Leistungsstufe, die dazu ausgebildet ist, eine Last anzusteuern, einen Digitalregler, der dazu ausgebildet ist, das Schalten der Leistungsstufe zu steuern, und eine konfigurierbare digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit niedriger Latenzzeit, die den Digitalregler mit der Last verbindet. Die konfigurierbare digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit niedriger Latenzzeit umfasst eine erste festverdrahtete Einheit, eine zweite festverdrahtete Einheit und einen programmierbaren Mikrocontroller, der zwischen die ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten gekoppelt ist. Die erste festverdrahtete Einheit ist dazu ausgebildet, eingehende Datenübertragungsblöcke von der Last die über die konfigurierbare digitale Schnittstelle empfangen werden, in Befehle und Daten zu deserialisieren, die mit dem Betrieb des Schaltspannungsreglers verbunden sind, und ausgehende Daten in neue Datenübertragungsblöcke zur Übertragung über die konfigurierbare digitale Schnittstelle zu der Last zu serialisieren. Die zweite festverdrahtete Einheit ist dazu ausgebildet, die Befehle zu verarbeiten, die in den eingehenden Datenübertragungsblöcken beinhaltet sind, die durch die erste festverdrahtete Einheit deserialisiert sind, und die ausgehenden Daten bereitzustellen, die durch die erste festverdrahtete Einheit in neue Datenübertragungsblöcke zu serialisieren sind. Der programmierbare Mikrocontroller ist dazu ausgebildet, ein oder mehrere von den Befehlen und Daten zu ändern, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten fließen.
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Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
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Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig zueinander maßstäblich. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen können kombiniert werden es sei denn, dass sie einander ausschließen. Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben.
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines elektronischen Systems, das eine Last, einen Schaltspannungsregler, um die Lastspannung zu regeln, und eine konfigurierbare digitale Schnittstelle, welche die Last mit dem Regler verbindet, aufweist
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2 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines elektronischen Systems, das eine Last, einen Schaltspannungsregler, um die Lastspannung zu regeln, und eine konfigurierbare digitale Schnittstelle, welche die Last mit dem Regler verbindet, aufweist
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3 veranschaulicht ein Blockdiagramm von noch einer weiteren Ausführungsform eines elektronischen Systems, das eine Last, einen Schaltspannungsregler, um die Lastspannung zu regeln, und eine konfigurierbare digitale Schnittstelle, welche die Last mit dem Regler verbindet, aufweist
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4 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Betriebs der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle, die in den 1 bis 3 gezeigt ist, als Reaktion auf einen eingehenden Befehl von der Last.
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5 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle, die in den 1 bis 3 gezeigt ist.
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6 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform von Kombinationslogik, die in der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle, die in den 1 bis 3 und 5 gezeigt ist, beinhaltet ist.
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7, welche die 7A und 7B aufweist, veranschaulicht Spannungsreglerausgangssignalformen vor und nach einer Befehlsmodifikation.
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Hier beschriebene Ausführungsformen stellen eine konfigurierbare digitale Schnittstelle für Schaltspannungsregler bereit. Beispielsweise kann ein ROM-(Read Only Memory), NVM-(nicht flüchtiger Speicher) oder OTP-(einmalig programmierbarer)-Speicher verwendet werden, um beim Rekonfigurieren der Funktionalität der digitalen Schnittstelle zu unterstützen, wie z. B. durch Anpassen des Schnittstellenbefehlssatzes und/oder der Funktionalität auf neue und/oder überarbeitete Spezifikationen. Eine mikrocontrollerbasierte Architektur kann verwendet werden, um komplexe Funktionalität der digitalen Schnittstelle zu implementieren, sodass das gewünschte Schnittstellenverhalten z. B. in ROM, NVM, OTP usw. gespeichert werden kann, während die tatsächlichen Befehls- und Signalverarbeitungsoperationen durch die zugehörige Logikschaltung im Digitalregler ausgeführt werden. Solch eine Herangehensweise vereinfacht den Prozess des Neukonfigurierens des Verhaltens der digitalen Schnittstelle, was durch Applikationsingenieure, Außendienstmitarbeiter usw. erreicht werden kann.
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1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines elektronischen Systems 100, das eine Last 102 und einen Schaltspannungsregler 104 aufweist, um die Lastspannung zu regeln. Die Last 102 kann eine integrierte Hochleistungsschaltung wie ein Mikroprozessor, Grafikprozessor, Netzwerkprozessor usw. oder eine andere Art von integrierter Schaltung sein, die eine Spannungsregelung erfordert, wie beispielsweise POL (Lastpunkt). Der Schaltspannungsregler 104 weist eine Leistungsstufe 106 auf, um die Last 102 anzusteuern. Die Leistungsstufe 106 weist einen High-Side-Transistor (HS) und einen Low-Side-Transistor (LS) auf, um die Last 102 durch einen Induktor (L) und Kondensator (C) zu koppeln. Der Schaltspannungsregler 104 weist zudem einen Treiber 108, um die High-Side- und Low-Side-Transistoren unabhängig voneinander anzusteuern. Der High-Side-Transistor verbindet die Last 102 schaltbar mit einer Eingangsspannung (Vin) des Schaltspannungsreglers 104 und der Low-Side-Transistor verbindet die Last 102 zu verschiedenen Zeiten schaltbar mit der Masse. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ist in 1 eine Leistungsstufe 106 gezeigt. Im Allgemeinen kann der Schaltspannungsregler 104 jegliche Anzahl von Leistungsstufen 106 aufweisen einschließlich einer einzelnen Leistungsstufe (Phase) oder mehr als einer Leistungsstufe (d. h., mehrphasig, wobei jede Leistungsstufe eine Phase des mehrphasigen Reglers ist).
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Das elektronische System 100 weist ferner einen Digitalregler 110 auf, um das Schalten der Leistungsstufe 106 zu steuern, und eine konfigurierbare digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit niedriger Latenzzeit 112, um den Digitalregler 110 mit der Last 102 zu verbinden. Der Begriff „Hochgeschwindigkeit mit niedriger Latenzzeit“ wie er hierin verwendet wird, bedeutet, dass die Last 102 erfordert, dass die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 relativ schnell (z. B. in einigen Taktzyklen) mit einer relativ hohen Taktfrequenz reagiert. Beispielsweise kann die Last 102 erfordern, dass die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 nach 1 bis 10 Taktzyklen bei einer Taktfrequenz über 10 MHz reagiert. Der Regler 110 kann die Spannung (VO), die an die Last 102 von der bzw. den Leistungsstufen 106 angelegt wird, durch Anpassen der Phasenströme, die zu der Last 102 geliefert werden, regeln. Die Steuerung 110 kann auch einen digitalen PWM-(Pulsbreitenmodulation)-Regelkreis 114 aufweisen, um jede Leistungsstufe 106 über den entsprechenden Treiber 108 zu schalten, sodass die Leistungsstufe bzw. Leistungsstufen 106 Strom an die Last 102 durch den entsprechenden Induktor und den High-Side- oder Low-Side-Transistor liefern oder davon aufnehmen.
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Serielle Schnittstellen stellen einen Mechanismus für Lasten wie Mikroprozessoren, GPUs (Grafikprozessoren) und andere hochleistungsfähige ASICs (anwenderspezifisch-integrierte Schaltungen) bereit, um mit einem oder mehreren Spannungsreglern zu kommunizieren, was die Steuerung und Zustandsüberwachung von einer oder mehreren Spannungsschienen zum Zweck der Optimierung der Systemleistung ermöglicht. Übliche hochleistungsfähige Schnittstellen für das Spannungsreglermanagement aufweisen Serial Voltage Identification (SVID) von Intel, SVI (Serial Voltage Interface) von AMD und PMBUS Adaptive Voltage Scaling-(AVS)-Bus.
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Ein gemeinsames Merkmal dieser Busse sind serielle Hochgeschwindigkeitstaktraten von mehr als 25 MHz, um niedrige Latenzzeit und hohen Durchsatz, statische und dynamische Steuerung der Betriebsspannung, optimierte Spannungsübergänge, mehrere Leistungszustände oder Betriebsarten, Unterstützung für mehrere Schienen und Befehlshandshaking zu unterstützen, um einen robusten Betrieb sicherzustellen und eine große Vielfalt von Telemetrie-, Status- und Warnsignale und Register, um den Stromnetzbetrieb zu überwachen und zu optimieren, der thermischen, Verlustleistungs-, Eingangsleistungs- oder anderen Beschränkungen unterliegt.
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Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 kann als eine serielle Schnittstelle implementiert werden. Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 kann vom Digitalregler 110 getrennt sein oder als ein Teil dessen integriert sein, wie z. B. im Fall eines programmierbaren firmwarebasierten Mikrocontrollerdesigns. In jedem Fall weist die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 eine erste festverdrahtete Einheit 116 auf, eine zweite festverdrahtete Einheit 118 und einen programmierbaren Mikrocontroller 120, der zwischen die ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten 116, 118 gekoppelt ist. Die erste festverdrahtete Einheit 116 weist einen Deserialisierer 122 auf, um eingehende Datenübertragungsblöcke, die von der Last 102 über die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 empfangen werden, in parallele Befehle und Nutzdaten (entsprechend 'Befehl’ und 'Master-Daten’ in 1), die mit dem Betrieb des Schaltspannungsreglers 104 verbunden sind, zu deserialisieren. Die erste festverdrahtete Einheit 116 weist auch einen Serialisierer 124, um ausgehende parallele Daten in neue Datenübertragungsblöcke zur Übertragung über die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 zur Last 102 zu serialisieren. Die zweite festverdrahtete Einheit 118 verarbeitet die parallelen Befehle und Nutzdaten, die von der ersten festverdrahteten Einheit 116 deserialisiert werden. Die zweite festverdrahtete Einheit 118 stellt zudem ausgehende parallele Nutzdaten ('slave data’ in 1) bereit, die durch die erste festverdrahtete Einheit 116 in neue Datenübertragungsblöcke zu serialisieren sind. Der programmierbare Mikrocontroller 120 ändert ein oder mehrere von den parallelen Befehlen und Daten, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten 116, 118 fließen. Der Begriff „ändern“ wie hierin verwendet bedeutet, die Form, die Art, den Inhalt, den zukünftigen Verlauf, die Ausführung usw. von etwas zu modifizieren, zu ersetzen, zu blockieren oder zu verändern. Der Begriff „festverdrahtet“ wie hierin verwendet bedeutet in der Form von permanenten elektronischen Schaltungen implementiert.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die geregelte Last 102 eine CPU (Zentraleinheit), die durch den Schaltspannungsregler 104 geregelt wird. Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 kann zwischen unterschiedlichen Befehlen und/oder Nutzdaten unterscheiden, die von der CPU 102 zum Regler 104 z. B. in einer Master-Slave-Konfiguration gesendet werden. Als Resultat kann die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 einen empfangenen Befehl/empfangene Daten an eine Betätigungseinrichtung für den Schaltspannungsregler 104 wie den PWM-Regelkreis 114 weitergeben oder den Befehl/die Daten vor dem Senden zur Betätigungseinrichtung zum Verarbeiten modifizieren. Solch eine konfigurierbare digitale Schnittstellenimplementierung ermöglicht Befehlsmodifikation, Nutzdatenmodifikation, Blockieren von Befehlen, veränderte Ausführung von Befehlen, geändertes Zurückweisen/ACK(bestätigt)/No-ACK(nicht bestätigt)-Verhalten, modifiziertes Datenschreiben und Datenzurücklesen Einbringen von Alarmen in den Verarbeitungsablauf, Protokollieren von Befehlen und Signalen usw. Die Steuerung 110 kann das Verhalten der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 in Echtzeit modifizieren. Beispielsweise können Statusinformationen von der Last 102 bereitgestellt werden, die von der Steuerung 110 verwendet werden, um Konfigurationsänderungen für eingehende digitale Befehle zu synchronisieren. Außerdem kann die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 Interrupts bereitstellen, um Konfigurationsänderungen mit eingehenden digitalen Befehlen zu synchronisieren (dynamische Konfigurationsänderungen). Auf diese Weise kann die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 programmiert werden, um Einschwingverhalten zu optimieren, Fehlerbehandlung zu verbessern, Telemetriemesswerte zu verbessern und Debuggen und Analyse, Protokollbefehle und Signale usw. bereitzustellen.
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2 veranschaulicht eine Implementierung des elektronischen Systems 100, wobei gemäß einer Ausführungsform die Last 102 eine CPU ist, die durch den Schaltspannungsregler 104 geregelt wird. Die CPU 102 kommuniziert mit dem Schaltspannungsregler 104 über die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 in einer Master-Slave-Konfiguration, wobei die CPU 102 bidirektionale Steuerung über den Spannungsregler 104 aufweist. Der programmierbare Teil der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 ist gemäß dieser Ausführungsform in einem ROM-, NVM- oder OTP-Speicher 130 implementiert. Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 gibt parallele Befehle und Nutzdaten an den programmierbaren Mikrocontroller 120 weiter, um sie z. B. basierend auf einem Interrupt-(irq)-Signalisierungsmechanismus zu verarbeiten. Der Zugriff auf den ROM-/NVM-/OTP-Speicher 130 wird z. B. durch eine DMA-(Direct Memory Access)-Steuerung 132 gesteuert, die Adressentschlüsselung für Register, Interruptmaskierung, DMA-Maskierung usw. behandeln kann. Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 sendet DMA-Anfragen zur DMA-Steuerung 132, um auf Inhalt des ROM-/NVM-/OTP-Speichers 130 zuzugreifen. Der Inhalt des ROM-/NVM-/OTP-Speichers 130 kann neu programmiert werden, um die Funktionalität der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 z. B. durch Anpassen des Schnittstellenbefehlssatzes und/oder der Funktionalität an neue und/oder überarbeitete Spezifikationen neu zu konfigurieren.
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3 veranschaulicht eine Implementierungsausführungsform der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112. Gemäß dieser Ausführungsform implementiert die erste festverdrahtete Einheit 116 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 die Verbindungsschicht d. h., die Schicht, die Kommunikation zwischen der CPU-Last 102 und dem Schaltspannungsregler 104 ermöglicht, und die zweite festverdrahtete Einheit 118 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 implementiert die funktionelle Schicht, d. h., die Schicht, die Befehle von der CPU-Last 102 ausführt und darauf anspricht. Der programmierbare Mikrocontroller 120 verbindet mit der Hardware der Verbindungsschicht und der funktionellen Schicht- der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 unter Verwendung von Schnittpunkten (die hier auch als Hooks bezeichnet werden).
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Verschiedene Schnittpunkte sind in 3 gezeigt. Schnittpunkt 'A’ ist auf dem parallelen Masterbefehlspfad ('command’) zwischen den Verbindungs- und den funktionellen Schichten angeordnet, um beim Erkennen und der Modifikation von empfangenen Befehlen zu unterstützen. Schnittpunkt 'B’ ist auf dem parallelen Masternutzdatenpfad ('Nutzdaten’) zwischen dem Verbindungsglied und den funktionellen Schichten angeordnet, um beim Erkennen und der Modifikation der Nutzdaten zu unterstützen. Schnittpunkt 'D’ ist auf dem Slavealarm-Rückführungssignalpfad ('alert#’) zwischen der funktionellen Schicht und der CPU-Last 102 angeordnet, um bei der Modifikation der Alarmsignalisierung, die durch den Schaltspannungsregler 104 implementiert wird (um z. B. De-Assertion zu erzwingen oder Assertion einzubringen), zu unterstützen. Schnittpunkt 'E’ ist auf dem parallelen Slave-Nutzdatenpfad ('Slave-Nutzdaten’) zwischen den funktionellen und den Verbindungsschichten angeordnet, um bei der Modifikation der Slavenutzdaten zu unterstützen. Schnittpunkt 'F’ ist auf dem Ausführungsimpulspfad ('exec strobe’) zwischen der funktionellen Schicht und der entsprechenden Reglerbetätigungseinrichtung angeordnet, um bei der Modifikation der Betätigungseinrichtungsausführung (z. B. die Ausführung zu blockieren oder zu erzwingen) zu unterstützen. Schnittpunkt 'G’ ist auf dem parallelen Slave-ACK-Antwortpfad ('TRC/geändert TRC’) innerhalb der Verbindungsschicht und vor dem Serialisierer 124 angeordnet, um bei der Modifikation der ACK-Antwort zu unterstützen.
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Ferner ist gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform der programmierbare Mikrocontroller 120 als mehrere Anordnungen von Kombinationslogik 134 implementiert, die hier auch als Detektor-Segmente bezeichnet werden. Jedes Detektor-Segment 134 ist konfiguriert oder konzipiert, einen Befehlstyp oder eine Nutzdatenart zu identifizieren, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten 116, 118 fließt, oder eine Art von Status, die zwischen der zweiten festverdrahteten Einheit 118 und dem Schaltspannungsregler 104 fließt. Der programmierbare Mikrocontroller 120 weist zudem mehrere Logikschaltungen (die hier auch als Modifikatoren bezeichnet werden) und Routingschaltungen (die hier auch als Deslicer bezeichnet werden) 136 auf. Jede Logikschaltung ist dazu ausgebildet oder konzipiert, den Befehlstyp oder die Nutzdatenart zu ändern, die durch eine der Anordnungen von Kombinationslogik 134 identifiziert wird. Die Routingschaltungen sind dazu ausgebildet oder konzipiert, jedes Detektor-Segment 134 mit dem entsprechenden Modifikator zu verbinden, der den Befehlstyp ändert oder den Datentyp ändert, der durch dieses Detektor-Segment 134 identifiziert wird.
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Mit solch einer Konfiguration kann der programmierbare Mikrocontroller 120 Befehls-, Nutzdaten- und Statusinformationen detektieren, die zum Schaltspannungsregler 104 von der Last 102 gesendet werden. Der programmierbare Mikrocontroller 120 kann auch von der Last 102 empfangene Befehle und Nutzdaten verarbeiten, Alarmbenachrichtigungen generieren, Befehlsantwortnachrichten (ACK/No-ACK/Zurückweisen) erzeugen und die Befehle und/oder Nutzdaten modifizieren. Die Detektor-Segmente 134, die Modifikatoren und Routingschaltungen 136 ermöglichen dem Mikrocontroller 120, ein oder mehrere von den Befehlen und Nutzdaten zu ändern, die zwischen den ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten 116, 118 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 und zwischen der zweiten festverdrahteten Einheit 118 und dem Schaltspannungsregler 104 fließen.
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Beispielsweise stellt bei einer Ausführungsform die zweite festverdrahtete Einheit 118 einen Übertragungsanwortcode (TRC) über den mit '6’ in 3 bezeichneten Pfad bereit. Der TRC zeigt an, ob ein Befehl, der von der zweiten festverdrahteten Einheit 118 verarbeitet wird, bestätigt, nicht bestätigt oder zurückgewiesen wird. Der Begriff 'bestätigt’ wie er hierin verwendet wird, bedeutet der geeignete Slave-Antwortcode zum Master im Falle eines gültigen Befehls, von dem erwartet wird, dass der Slave ihn ausführt. Der Begriff 'nicht bestätigt’ wie hierin verwendet bedeutet der geeignete Slave-Antwortcode zum Master im Falle eines ungültigen Broadcastbefehls oder Übertragungsfehlers (z. B. Paritätsfehler, unzulässige Framestruktur usw.). Der Begriff 'Zurückweisen’ wie hierin verwendet bedeutet der geeignete Slave-Antwortcode zum Master im Falle eines gültigen Befehls, von dem erwartet wird, dass der Slave ihn nicht ausführt.
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Der Serialisierer 124 der ersten festverdrahteten Einheit 116 serialisiert den TRC von der zweiten festverdrahteten Einheit 118 in einen neuen Datenübertragungsblock zur Übertragung über die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 über den mit '9’ in 3 bezeichneten Pfad. Der TRC stellt die Antwort des Schaltspannungsreglers 104 auf einen Befehl dar, der zuvor von der CPU-Last 102 ausgegeben wurde. Die erste festverdrahtete Einheit 116 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 kann einen Schalter 138 aufweisen, um den TRC vor dem Senden des TRC zur CPU-Last 102 an den programmierbaren Mikrocontroller 120 bereitzustellen. Das entsprechende Detektor-Segment 134 des Mikrocontrollers 120 kann den TRC identifizieren. Der entsprechende Modifikator 136 ändert den TRC, sodass sich der TRC, der von der ersten festverdrahteten Einheit 116 in einen neuen Datenübertragungsblock serialisiert wird, sich von dem TRC, der von der zweiten festverdrahteten Einheit 118 bereitgestellt wird, unterscheidet ('geänderter TRC’ in 3). Bei einer Ausführungsform ändert der Modifikator 136 den TRC von bestätigt auf zurückgewiesen, wenn der entsprechende Befehl von der Steuerung 110 nicht innerhalb des erforderlichen Zeitraums ausgeführt werden kann.
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Die erste festverdrahtete Einheit 116 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 kann auch Logik 140 aufweisen, um einen TRC unabhängig von der zweiten festverdrahteten Einheit 118 zu erzeugen. Auf diese Weise sind die ersten und zweiten festverdrahteten Einheiten 116, 118 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 jeweils dazu ausgebildet, unabhängig voneinander einen TRC zu erzeugen, der anzeigt, ob ein spezieller Befehl bestätigt, nicht bestätigt oder zurückgewiesen werden soll. Gemäß dieser Ausführungsform weist die erste festverdrahtete Einheit 116 zudem Kombiniererlogik 142 zum Kombinieren der unabhängig voneinander erzeugten TRCs in einen parallelen Übertragungsantwortcode ('TRC’ in 3) über die Pfade, die in 3 mit ‘7’, ‘8’ und ‘8.1’ bezeichnet sind. Der programmierbare Mikrocontroller 120 kann den parallelen TRC vor der Serialisierung durch die erste festverdrahtete Einheit 116 z. B. über den hier zuvor beschriebenen Schaltmechanismus 138 verändern. TRC-Modifikation ist nur eines von vielen Beispielen der Arten von Modifikationen, die über die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 über zusätzliche Schaltmechanismen 144, 146, 148, 150, 152 ausgeführt werden können.
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4 veranschaulicht den allgemeinen Betrieb der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 als Reaktion auf einen eingehenden Datenübertragungsblock 200 gemäß einer Ausführungsform. Die Pfade innerhalb der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 und der Reglersteuerung 110, die in die Datenübertragungsblockverarbeitung einbezogen sind, sind in 3 mit '1’', 2’ usw. nummeriert. Die entsprechenden Pfade sind in dem entsprechenden Ablaufdiagramm von 4 zur Vollständigkeit und Erleichterung der Bezugnahme gekennzeichnet. Die erste festverdrahtete Einheit 116 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 empfängt den eingehenden Datenübertragungsblock (Block 202, Pfad '1’). Der eingehende Datenübertragungsblock 200 kann ein Startfeld ('start’) aufweisen, welches den Beginn des Datenübertragungsblocks 200 signalisiert, ein Slave-Adressfeld ('slave address’) zum Identifizieren des Ziel-Schaltspannungsreglers 104 im Falle eines Multireglersystems 100, ein Befehlsfeld ('Befehl’), für den Befehl, der durch den Ziel-Schaltspannungsregler 104 auszuführen ist, ein Nutzdatenfeld ('Master-Nutzdaten’) für irgendwelche damit in Zusammenhang stehende Daten und ein Endefeld ('end’), welches das Ende des Datenübertragungsblocks 200 signalisiert. Das anschließende Antworttelegramm 204, das durch die Steuerung 110 des Ziel-Schaltspannungsreglers 104 erzeugt wird, kann ein Bestätigungsfeld ('ACK’) und ein Nutzdatenfeld ('Slave-Nutzdaten’) für Daten aufweisen, die mit dem Verarbeiten des Befehls durch den Ziel-Schaltspannungsregler 104 in Zusammenhang stehen.
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Die erste festverdrahtete Einheit 116, die in 4 als 'Verbindungsschicht’ bezeichnet ist, deserialisiert den Datenübertragungsblock 200 und gibt eine Untergruppe der ursprünglichen Felder an die zweite festverdrahtete Einheit 118, die in 4 als 'Funktionsschicht’ bezeichnet ist, als parallele Nachrichten weiter (Block 206, Bahn '2’). Dies kann Befehls-, Nutzdaten- und Ausführungsimpulsnachrichten aufweisen (wenn der Befehl als gültig bestimmt wird). Der programmierbare Mikrocontroller 120 kann den Befehl (Block 208, Pfad '2.1’) und/oder Nutzdaten (Block 210, Pfad '2.2’), die aus dem empfangenen eingehenden Datenübertragungsblock extrahiert werden, modifizieren.
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Für Set-Befehle, die in der SVID-(serielle Spannungsidentifikation)-Beschreibung bereitgestellt sind, wie SetRegADR (Befehl, der von der Last verwendet wird, um Register zu beschreiben), SetRegDAT (Befehl, der von der Last verwendet wird, um Register zu beschreiben), SetVID (Befehl, der von der Last verwendet wird, um die Ziel-Lastversorgungsspannung auf eine spezielle Übergangs- oder Abklingrate einzustellen) usw., kann die zweite festverdrahtete Einheit 118 die empfangenen Nutzdaten zu internen Spannungsregler-(VR)-Parametern (Block 212, Pfad ’3’) ändern. Im Fall von der SVID-Spezifikation kann dies das Ändern der empfangenen Nutzdaten in einen Ziel-Regelspannungsausgang, Leistungszustand, eine Flankensteilheit, Spannung und/oder Strombegrenzungen usw. aufweisen. Die zweite festverdrahtete Einheit 118 gibt die internen VR Informationen an eine Betätigungseinrichtung für den Schaltspannungsregler 104 wie den PWM-Regelkreis 114 weiter, der den Arbeitszyklus der Leistungsstufe 106 basierend auf den empfangenen VR-Informationen von der zweiten festverdrahteten Einheit 118 anpassen kann. Bei Get-Befehlen, die in der SVID-Spezifikation bereitgestellt sind, wie beispielsweise GetReg (Befehl, der von der Last verwendet wird, um Schnittstellenregister zu lesen) usw., kann die zweite festverdrahtete Einheit 118 einen speziellen Status und Telemetrie für die Betätigungseinrichtung des Reglers auswählen und erzeugt ursprüngliche parallele Nutzdaten, die die angeforderte Aktion (Block 214, Pfad '4’) reflektieren.
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Der programmierbare Mikrocontroller 120 kann auch den Ausführungsimpuls für die Betätigungseinrichtung des Reglers (Block 216, Pfad '3.1’) modifizieren. Die zweite festverdrahtete Einheit 118 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 erzeugt ein ursprüngliches Rückführungssignal gemäß der Schnittstellenspezifikation, die implementiert ist, wie z. B. das ALERT#-Signal für SVID (Block 218, Pfad '5’), und der Mikrocontroller 120 kann das ursprüngliche Rückführungssignal modifizieren, wenn es dementsprechend programmiert ist (Block 220, Pfad '5.1’). Die zweite festverdrahtete Einheit 118 kann auch einen Übertragungsanwortcode (TRC) gemäß der Schnittstellenspezifikation erzeugen, die implementiert ist, wie z. B. das ACK-Signal für SVID (Block 222, Pfad '6’) und die erste festverdrahtete Einheit 116 kann einen parallelen TRC (Block 224, Pfad '7’) wie hier zuvor beschrieben erzeugen. Die erste festverdrahtete Einheit 116 kombiniert die ursprünglichen parallelen TRCs und gibt sie an den Serialisierer 124 (Block 226, Pfad '8’) weiter. Der Mikrocontroller 120 kann den kombinierten parallelen TRC (Block 228, Pfad '8.1’) auch wie hier zuvor beschrieben modifizieren. Die erste festverdrahtete Einheit 116 serialisiert dann den modifizierten TRC (z. B. ACK für die SVID-Spezifikation) und damit in Zusammenhang stehende Nutzdaten und setzt diese in einen neuen Datenübertragungsblock 204 als die Antwort des Reglers auf den von der Last 102 zuvor ausgegebenen und von der Reglersteuerung 110 (Block 230, Pfad '9’) ausgeführten Befehl ein.
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5 zeigt die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 gemäß einer Ausführungsform ausführlicher. Der programmierbare Mikrocontroller 120 kann mit der Registerdatei 304 z. B. durch einen AMBA/APB (erweiterte Mikrocontroller-Busarchitektur/APB-Bus) oder eine andere Art von Bus 300 und entsprechender Vorrichtung des untergeordneten Bussystems 302 verbunden werden, um auf den programmierbaren Teil der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 zuzugreifen. Die Kombinationslogik 134 zum Detektieren von Befehls-, Nutzdaten- und Statusinformationen, die von der Last 102 gesendet werden, kann in Detektor-Segmente gruppiert oder aufgeteilt werden. Jedes Detektor-Segment 134 ('SegmentN’) wird programmiert, um einen spezifischen Befehl oder einen Bereich eines Befehls/von Befehlen, Nutzdaten, Statussignal(e) usw. in jeder logischen Kombination zu detektieren. Acht Detektor-Segmente 134 sind in 5 als ein Beispiel gezeigt, aber jede gewünschte Anzahl an Detektor-Segmenten 134 kann verwendet werden.
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Die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 kann eine Registerdatei 304 aufweisen. Die Registerdatei 304 speichert verschiedene Konfigurationsdaten 306, 308 auf die durch die Kombinationslogik 134 (Detektor-Segmente) und Logikschaltungen/Routingschaltungen 136 (Modifikatoren/Deslicers) von der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 zugegriffen wird. Segment-Konfigurationsdaten 306 bestimmen, welche Befehls- oder Nutzdatenart durch jedes der Detektor-Segmente 134 identifiziert werden sollte und welche Befehls- oder Datenänderungen durch entsprechende Modifikatoren 310 ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Registerdatei 304 Konfigurationsinformationen 306 für die Detektor-Segmente 134 enthalten, was ermöglicht, dass die Detektor-Segmente 134 auf eine spezielle Art und Weise programmiert werden können. Bei positiver Detektion feuert ein Segment 134, d. h., es wird tätig. Ein 'feuerndes’ Segment 134 kann die Modifikation eines Befehls, Nutzdaten, Alarmsignalisierung, Befehlsantwortnachricht (ACK/No-ACK/Zurückweisen), Impulsausführung, Interruptbearbeitung usw. triggern.
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Positive Detektionsnachrichten (d. h., Segment-Feuerungen) werden von den Detektor-Segmenten 134 zu den entsprechenden Modifikatoren 310 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 durch Blöcke genannt Deslicers 312 geroutet. Die Registerdatei 304 enthält Konfigurationsinformation 308 für die Deslicers 312, was bestimmt, wie jeder individuelle Deslicer 312 eine Detektionsnachricht von einem Detektor-Segment 134 zu dem entsprechenden Modifikator 310 routet. Der Mikrocontroller 120 kann Gruppen von Deslicers 312 ('Schleife 1’, 'Schleife 2’, 'Schleife 3’ in 5) aufweisen, um Parallelverarbeitung und reduzierte Latenzzeit zu ermöglichen.
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Jeder Modifikator 310 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 ist programmiert, um eine spezielle Art eines Befehls oder von Befehlen, Nutzdaten, Alarmsignalisierung, Übertragungsanwortcode (ACK/no-ACK/Zurückweisen), Ausführungsimpuls, Interruptbearbeitung usw. auf eine spezifische Art und Weise zu verarbeiten. Bei einer Ausführungsform ist einer der Modifikatoren 310 ('command modifier’), programmiert, die Ausführung von einem oder mehreren von den Befehlen, die durch die erste festverdrahtete Einheit 116 deserialisiert werden, zu modifizieren, zu blockieren oder zu verändern. Ein weiterer Modifikator 310 ('Nutzdaten-Modifikator’) kann programmiert werden, um Nutzdaten zu modifizieren, die durch die erste festverdrahtete Einheit 116 deserialisiert werden. Noch ein weiterer Modifikator 310 (Übertragungsanwortcode modifier’) kann programmiert werden, um einen parallelen Übertragungsantwortcode (TRC) zu modifizieren und/oder zu erzeugen. Noch ein weiterer Modifikator 310 (Alarm modifier’) kann programmiert werden, um die Alarmsignalisierung, die durch die Reglersteuerung 110 implementiert wird, zu modifizieren. Ein zusätzlicher Modifikator 310 ('slave Nutzdaten-Modifikator’) kann programmiert werden, um die ursprünglichen Nutzdaten zu modifizieren, die durch die Steuerung 110 erzeugt werden, wie z. B. Telemetriedaten. Die Detektor-Segmente 134 und die Modifikatoren 310 können wie gewünscht neu programmiert werden, um die Art und Weise zu ändern, in der Befehle, Nutzdaten, Alarmsignalisierung, Befehlsantwortnachricht (ACK/no-ACK/Zurückweisen), Impulsausführung, Interruptbearbeitung usw. detektiert und verarbeitet werden.
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Die Anzahl an Detektor-Segmenten 134, Deslicers 312 und Modifikatoren 310 ist skalierbar, aber vorzugsweise bei einer speziellen Implementierung fix. Dies begrenzt die Anzahl an Befehls-, Nutzdaten- und Statussignalkombinationen, die zu einem speziellen Zeitpunkt detektiert und modifiziert werden können. Die Protokollierlogik 314 kann Vormodifikations- und Nachmodifikationsdaten wie Datenübertragungsblock- und/oder Telemetriedaten unter Verwendung der hier zuvor beschriebenen 'Hooks’ A, ..., G protokollieren, was der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 ermöglicht, alle Datenübertragungsblöcke zu analysieren, und da die konfigurierbare digitale Schnittstellenspezifikation bestimmte Befehlsfolgen ermöglicht, kann der Mikrocontroller 120 vorhersagen, was der nächste Datenübertragungsblock sein wird, und kann ein oder mehr von den Detektor-Segmenten 134 neu programmieren, bevor der nächste Datenübertragungsblock eintrifft. Betrachten wird beispielsweise die folgende Sequenz für die SVID-Spezifikation. Wenn die Schaltspannungsreglersteuerung 110 einen Befehl zurückweist, während die Last 102 eine ACK-Antwort erwartet, dann sendet die Last 102 den Befehl ein oder mehrere Male, bis die Steuerung 110 eine ACK-Nachricht sendet. Der Mikrocontroller 120 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 kann das Antwortzeitfenster erweitern, bis die Steuerung des Reglers 110 anspricht. Eine solche dynamische Segment-Programmierung ermöglicht die Erkennung und Modifikation von einer praktisch unbegrenzten Anzahl an Befehls-/Nutzdaten-/Status-Kombinationen.
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6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Detektor-Segments 134 für drei unterschiedliche Schleifen (Gruppen). Das Detektor-Segment 134 kann in Kombinationslogik implementiert sein und weist einen Befehlsdetektor (cmd_det), einen Nutzdatendetektor (payl_det), einen Statusdetektor (status_det_lp0) für jede Schleife und einen Detektionsselektor (det_sel_lp0) für jede Schleife. Der Befehlsdetektor (cmd_det) detektiert einen speziellen Befehlstyp (cmd_et_cnf_slx) und der Nutzdatendetektor (payl_det) detektiert eine spezielle Art von Nutzdaten (payl_det_cnf_slx). Der Pro-Schleifen-Statusdetektor (status_det_lp0) detektiert eine spezielle Kombination von Statusbedingungen in der Reglersteuerung 110. Die Pro-Schleifen-Statusdetektor-(status_det_lp0)-Operation wird blockiert, während eine Befehlsausführung (cmd_in_progress) im Gange ist. Der Detektionselektor (det_sel_lp0) bestimmt basierend auf einem Befehlscode (det_sel_cnf_slX), ob das Detektor-Segment 134 tätig werden sollte, basierend darauf, welcher Schaltspannungsregler 104 von der Last 102 adressiert (lpX_slave_targeted) wird, welche Schleife involviert ist (lpX_slice_sel_slx) und welche logische Kombination von Befehlstyp (cmd_det), Nutzdaten (payl_det) und/oder Status (status_det_lpX) detektiert wurde. Der Ausgang (lpX_act_mod_slx) des Detektor-Segments 134 ist ein 'feuerndes’ Signal pro Schleife, das anzeigt, ob ein bestimmter Zustand für diese Schleife von dem Detektor-Segment 134 detektiert wurde. Jedes Detektor-Segment 134 kann zu jeder Schleife über das entsprechende Schleifenwählsignal (lpx_slice_select_slx) zugewiesen werden, und jedes Detektor-Segment 134 kann zu einer einzelnen Schleife oder mehr als einer Schleife zugewiesen werden.
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7, die die 7A und 7B aufweist, veranschaulicht eine Ausführungsform einer Befehlsmodifikation, die durch die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 implementiert wird. 7A zeigt das erwartete Vout-Verhalten für eine Spannungsänderung (z. B. ein SetVID_decay-Befehl im Fall der SVID-Spezifikation), die von der Last 102 ausgegeben wird. Die Spannungsänderung zeigt die gewünschte Zielspannung des Schaltspannungsreglers 104 an. Bei diesem Beispiel sollte die anfängliche Spannung des Reglers 104 allmählich zu einer Zielspannung z. B. durch Versetzen der High-Side- und Low-Side-Transistoren (HS, LS) der Leistungsstufe 106 in einen High-Z-Zustand absinken. Die Zielspannung stellt einen neuen Spannungspegel dar, der durch den Schaltspannungsregler 104 zu implementieren ist.
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Die erste festverdrahtete Einheit 116 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 empfängt den Datenübertragungsblock, der den ursprünglichen Spannungsänderungsbefehl (Pfad '1’ in 3) aufweist, und deserialisiert den Datenübertragungsblock in einen parallelen Befehl (Pfad '2’ in 3). Die zweite festverdrahtete Einheit 118 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 verändert den Spannungsänderungsbefehl, sodass der Spannungsänderungsbefehl, der beim Schaltspannungsregler 104 implementiert ist, sich vom ursprünglichen Spannungsänderungsbefehl, der von der Last 102 ausgegeben wurde, unterscheidet. Bei einer Ausführungsform stellt der modifizierte Spannungsänderungsbefehl wie gezeigt in 7B eine schnellere Rampe zur Zielspannung bereit. Beispielsweise kann eines der Detektor-Segmente 134 der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 den ursprünglichen Spannungsänderungsbefehl identifizieren und der entsprechende Deslicer 312 kann den Befehl zu dem geeigneten Modifikator 310 (Hook 'A’ in 3) routen. Dieser Modifikator 310 kann programmiert werden, den ursprünglichen Spannungsänderungsbefehl durch Ändern der mit dem Spannungsänderungsbefehl verbundenen Übergangsrate zu verändern, um eine schnellere (oder alternativ langsamere) Rampe zur Zielspannung (Pfad '2.1’ in 3) bereitzustellen. Bei einem weiteren Beispiel kann der Modifikator 310 programmiert werden, den Spannungsänderungsbefehl durch Ändern des ursprünglichen Zielspannungspegels auf einen niedrigeren oder höheren Pegel, als er anfänglich durch die Last 102 über den ursprünglichen Spannungsänderungsbefehl (Pfad '2.1’ in 3) angefordert wurde, zu verändern.
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Die in 7 gezeigte Befehlsmodifikationsausführungsform ist als ein rein veranschaulichendes Beispiel beabsichtigt, das die programmierbare und flexible Art der konfigurierbaren digitalen Schnittstelle 112 für den Schaltspannungsregler 104 zeigt. Wie hier zuvor beschrieben, kann die konfigurierbare digitale Schnittstelle 112 programmiert werden, um jeden gewünschten Befehlstyp, jede Nutzdatenart, Signalisierung usw., die zwischen der Last 102 und dem Schaltspannungsregler 104 ausgetauscht werden, zu modifizieren.
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Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen werden verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sind nicht als einschränkend aufzufassen. Gleiche Begriffe verweisen in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt ist.
